WWW.SELUK.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

 

Pages:     | 1 |   ...   | 6 | 7 || 9 | 10 |   ...   | 19 |

«Институт МГУ имени Государственный фундаментальных М.В. Ломоносова биологический музей проблем биологии РАН имени К.А. ...»

-- [ Страница 8 ] --

Для поддержания гомеостаза биосферы нужно сохранить макси мально возможные площади естественных экосистем, а на оставшемся пространстве обеспечить максимальную эффективность метаболизма искусственных экосистем. Н.Н. Моисеев писал: «Процесс самооргани зации материи идет по пути непрерывного усложнения алгоритмов:

от естественных, стихийных к алгоритмам искусственным, которые формируются Разумом». Современные научные достижения позволя ют увеличить продуктивность биосферы в 6–8 раз. Но необходимость создания таких алгоритмов пока не осознана сообществом.

Традиционный приоритет экономических проблем за счет эколо гической безопасности не позволяет осознать опасность глобального экологического кризиса и отодвигает разработку мер превентивной за щиты людей от надвигающейся экологической катастрофы. Академик С.С. Шварц справедливо говорил: «Природа отреагирует на любую хозяйственную деятельность человека. Природа выживет даже в изме ненном состоянии, а вот выживет ли сам человек – это вопрос».

Пришла пора направить интеллектуальный потенциал общества на решение проблемы жизнеобеспечения популяции человека в био сфере. Эта технически сложная проблема включает, как минимум, три главные задачи:

а) максимальное сохранение естественных экосистем и уплот нение зеленого покрова Земли;

б) многократное увеличение продук тивности культурных растений и животных для удовлетворения жиз ненных потребностей популяции человека;

в) создание эффективной индустрии утилизации третичной (антропогенной) продукции, отра ботавшей свой ресурс, для освобождения природных редуцентов от непосильной нагрузки.

Каждая задача имеет свою специфику, требует специализиро ванных знаний, методов и технологий реализации. При этом все три задачи должны решаться согласованно для эффективного жизнеобес печения всей популяции человека при обязательном сохранении го меостаза биосферы.

Для сохранения максимальной площади естественных экосис тем, автоматически контролирующих гомеостаз биосферы и качество среды обитания, необходимо сократить площади аграрных и урбани зированных экосистем. Это возможно при кардинальном увеличении их продуктивности и создании искусственной системы метаболизма.

Кроме того, для освобождения природных редуцентов от перегрузки, необходимо создать мощную индустрию утилизации отходов произ водства и потребления.

Переход человека от собирательства и охоты к земледелию и жи вотноводству резко ограничил набор видов, используемых человеком в пищу, и увеличил продуктивность избранных видов за счет техноло гий и искусственной селекции. Сейчас в мировом сельском хозяйстве только 20 культур обеспечивают 90 % мирового производства продо вольствия (Кирюшин, 2000, с. 8). Унификация разнообразия видов, сортов и пород в сельском хозяйстве диктуется интересами произво дителя в ущерб интересам потребителя продукции. Потребителю не обходимо разнообразие продуктов питания для обеспечения нормаль ного функционирования организма, а производитель заинтересован в максимальной продукции с минимальными затратами.

Поэтому вместо множества миниатюрных полей-террас, на кото рых древние земледельцы выращивали разнообразные наборы куль тур, появились гигантские массивы пашни, занятые монокультурными посевами, удобными для применения мощной техники. Вместо сотен пород скота и птицы, обладающих разнообразными вкусовыми качест вами, на гигантских фермах выращивают минимум неприхотливых, но продуктивных пород скота и птицы. А недостаток микроэлементов, ви таминов и вкусового многообразия компенсируют пищевыми добавка ми, соусами, приправами. Глобализация нивелирует даже особенности национальной кухни.

Ориентация агропромышленного комплекса на максимизацию про дуктивности в ущерб интересам потребителя и самой Природы, стала причиной кризисных явлений: ухудшения качества пищевой продукции, роста числа болезней и вредителей культурных растений и животных.

Ежегодные потери почвенных ресурсов в результате их отчуждения, за грязнения и деградации по данным ФАО достигли 20 млн.га.

Гений В.И. Вернадского открыл человечеству несколько проро ческих истин, значение которых до сих пор всерьез не осознано. Гео логическая роль живого вещества усвоена давно, но масштабы этого явления сильно занижены. В общественном сознании, краткосрочные биологические процессы не идут ни в какое сравнение с гигантскими масштабами геологических явлений. Но В.И. Вернадский постоянно подчеркивал сопоставимость их масштаба, когда писал, что все геоло гические породы прошли через живую материю.

Второе предсказание В.И.Вернадского касается эволюционного перехода биосферы в ноосферу – сферу Разума. Этот переход произой дет после того, как человек научится контролировать природные про цессы с помощью технологий и сумеет гармонично вписать свою жиз недеятельность в биосферный цикл круговорота вещества и энергии.

Третье предсказание В.И.Вернадского о растекании Жизни по Земле, ближнему и дальнему Космосу вытекает из первых двух. Если биологические процессы по мощности воздействия сопоставимы с геологическими явлениями, если Разум человека сумеет обеспечить гармонию человека с биосферой Земли, то он окажется способным к освоению и заселению других планет Солнечной системы. Эту мысль чуть раньше В.И. Вернадского очень метко и образно выразил родона чальник космонавтики К.Э. Циолковский: «Планета – колыбель Разу ма, но нельзя вечно жить в колыбели».

Предсказания В.И.Вернадского правдоподобны и оптимистичны, они показывают реальную возможность мирного разрешения кризис ной ситуации взаимоотношений Человека и Природы. На их основе можно попытаться проработать механизмы предсказанных явлений, чтобы избежать гибельного для человека конфликта с Природой – ес тественной средой его обитания.

В том, что человечество стало геологической силой, нас убеждают примеры его разрушительной деятельности. Созидательные успехи гораздо скромнее, но и они вполне сопоставимы с масштабом геологи ческих явлений.

О растекании Жизни по Земле, ближнему и дальнему Космосу начали серьезно говорить экологи, обеспокоенные ограниченностью запаса ресурсов жизнеобеспечения человека на планете Земля и пре делами роста численности популяции человека в масштабе биосферы.

Поскольку ограничение роста численности населения не гуманно и противоестественно, а ресурсы биосферы ограничены, стоит подумать о расселении умных людей на другие планеты.

Современный уровень развития науки и техники уже позволил человеку достичь поверхности Луны, активно работать на околозем ной орбите, планировать на ближайшие годы реальные полеты чело века на Марс. Это дает нам право предположить, что через 50–100 лет наука и техника достигнет такого уровня, при котором межпланетные полеты станут обыденными. Их будут реализовать наши внуки и прав нуки. Наша задача – подготовить почву для их активной и плодотвор ной деятельности.

А.Н. Тюрюканов и В.М. Федоров (2000) высказали принципиально важную идею: «Ноосфера возникает не в результате противостояния, а наоборот, в результате сопряженной эволюции биосферы и человечест ва… В основном свойстве биосферных систем - в их организованности, по мнению В.И. Вернадского, заключена возможность управления как неотъемлемой составляющей эволюции планеты... управление есть объ ективная, а не волевая категория бытия всех систем на планете”.

Человек должен научиться управлять биосферными процессами.

Но для этого ему придется детально изучить механизм функциониро вания природных экосистем, чтобы гармонично вписать свою жизне деятельность в общий цикл метаболизма биосферы. Наше поколение может разработать научно-методические основы для создания меха низма бесконфликтного перехода биосферы в ноосферу и выполнить начальный этап грандиозной работы по гармонизации системы «Био сфера–Человек».

Ради спасения нам придется кардинально изменить свое отноше ние к Природе, перейти от потребительского эгоцентризма к взаимо выгодной кооперации с Природой на принципе мутуализма. Только в этом случае между симбионтами могут возникнуть кооперативные связи, образующие автономную систему жизнеобеспечения за счет взаимовыгодного обмена партнеров продуктами жизнедеятельности.

Как это будет реализовано на практике, пока трудно сказать, сейчас не обходимо попытаться хотя бы теоретически представить себе картину будущих событий.

Для начала нужно описать главные условия и механизм бесконф ликтного перехода биосферы в ноосферу, выделить его основные эле менты на основе современных знаний. Теоретической основой может стать Функциональная экология, изучающая механизм функциони рования природных экосистем. Она рассматривает биосферу как эко систему глобального масштаба, которая обладает всеми атрибутами локальных экосистем.

Структура экосистемы представляет собой анизотропную эко массу, состоящую из ярусов растительного и горизонтов почвенного покрова в границах почвенного контура. Оба компонента экосистемы выполняют единую функцию метаболизма и представляют собой сим биотическое сообщество автотрофной и гетеротрофной биоты, фун кционирующее автономно за счет обмена симбионтов (фитоценоза и педоценоза) отходами жизнедеятельности.

Метаболизм давно известен в биологии как универсальный меха низм функционирования живых систем. В процессе эволюции Жизни сложился иерархический каскад согласованных между собой циклов метаболизма всех живых систем (клетки, организма, экосистемы, био сферы). Миллиарды клеток образовали самостоятельно функциони рующий организм, миллиарды организмов объединились в целостную экосистему, миллиарды экосистем функционируют как одна экосисте ма глобального масштаба – биосфера.

Каждая живая система обладает одновременно собственной ав тономией и образует вместе с другими системами целостное единство живой материи. Устойчивость структуры живого вещества обеспечи вается функцией метаболизма – многоступенчатого каскада цикли ческих процессов «синтез-распад» на всех уровнях организации жизни (рис. 1).

Биота, осуществляющая метаболизм экосистем биосферы, строго специализирована на три группы: продуценты, консументы, редуценты.

Продуценты синтезируют первичную биологическую продукцию (фитомассу) из минеральных элементов с помощью солнечной энергии.

Консументы трансформируют первичную биологическую продук цию во вторичную (зоомассу), включая антропомассу – массу живого вещества всей популяции вида Homo sapiens.

Редуценты разрушают отработавшую жизненный ресурс и отмер шую биомассу до минеральных элементов, которые потребляются про дуцентами для синтеза новой фитомассы.

В процессе эволюции Жизни цикл метаболизма биосферы был Рис.1. Метаболизм экосистемы лизма, а потери метаболизма в размере 1 % компенсируются за счет атмосферных, в том числе метео ритных, выпадений и продуктов выветривания горных пород.

Такая идиллия продолжалась до тех пор, пока в составе консумен тов не появился новый вид гетеротрофной биоты – Человек разумный.

Разум этого существа позволил ему значительно усилить физиологи ческие возможности организма с помощью технических устройств и организаторских способностей. Транспортные средства, одежда, обувь, оружие, искусственное освещение и отопление, промышленность, сель ское хозяйство, торговля – все эти и другие достижения человеческого разума позволили ему освоить ресурсы и пространства, не доступные другим биологическим видам. За счет этого преимущества человеку преодолел лимит численности популяции.

Нарушение человеком закона Природы, регулирующего числен ность популяции биологических видов, обернулось регулярными эко логическими кризисами, которые угрожали гибелью всей популяции человека. Однако Человек с помощью Разума всегда находил новый принцип использования природных ресурсов, в корне менял образ жизни и благополучно выходил из очередного экологического кризиса с увеличенным лимитом численности.

Так, охотники в результате «кризиса перевыпаса» превратились в земледельцев и скотоводов. Так, высоко продуктивное орошаемое земледелие уступило место менее продуктивному богарному земледе лию с огромным резервом площадей в результате вторичного засоле ния и заболачивания орошаемых земель. Так, индустриализация резко повысила ресурсную базу жизнеобеспечения человека. Преодоление очередного экологического кризиса поднимало планку лимита числен ности популяции на новую высоту. Численность населения постепен но приближалась к новой предельной черте и накапливала признаки очередного экологического кризиса.

В современном экологическом кризисе к дефициту ресурсов жиз необеспечения человек добавил избыток отходов своей жизнедеятель ности. Он создал новый класс вещества – третичную (антропогенную) продукцию, недоступную природным редуцентам: искусственные ве щества и материалы, машины и механизмы, здания и сооружения, от ходы производства и потребления. Эти массы вещества создали тромб в биологическом круговороте и стали источником загрязнения среды обитания человека.

Для рассасывания тромба в цикле метаболизма биосферы не на шлось адекватных исполнителей. Человек в стремлении к комфорту загнал себя в тупик экологического кризиса. Поэтому он должен, в очередной раз, напрячь свой коллективный Разум для преодоления кризиса с минимальными издержками для популяции. В противном случае он исчезнет с лица Земли.

Человек оказался перед выбором: или погибнуть в изменённой им же самим среде обитания, или взять на себя ответственность за регули рование экологической ситуации в масштабе биосферы. Очень точно выразил эту мысль еще в середине прошлого века американский эколог Л. Баттан: “Одно из двух: или люди сделают так, чтобы на Земле стало меньше дыма, или дым сделает так, что на Земле станет меньше людей!” Дым надо понимать как аллегорию качества среды обитания человека.

Для того чтобы найти благоприятный выход из критической си туации, человек должен осознать ее реальную опасность. Затем, на основе знаний законов природы попытаться отрегулировать свои вза имоотношения с природой, гармонично вписать свою хозяйственную деятельность в глобальный цикл метаболизма биосферы. Иными сло вами, ради выживания на планете Земля человек должен взять на себя, кроме естественной для него функции консумента, выполнение двух дополнительных экологических функций биоты: продуцента и реду цента (рис. 2).

Резервы биосферы при таком стремительном росте антропогенно го воздействия быстро истощаются и могут скоро иссякнуть. И если человек в самое ближайшее время не сможет найти разумного и эф фективного способа поддержания гомеостаза биосферы, он исчезнет как биологический вид, лишивший себя экологической ниши.

После избавления от алчного покорителя природы, биосфера быс тро захоронит всю третичную продукцию, восстановит нарушенное динамическое равновесие и продолжит очередной виток эволюции.

Когда-нибудь в результате эволюционного развития появится новое разумное существо, которому придется пройти все стадии развития че ловеческой популяции и подойти к финишной черте. Если это сущест во успеет до перехода критической черты придумать способ преодоле ния системного экологического кризиса, оно выживет, а если не успеет Рис. 2. Метаболизм биосферы– ноосферы пользой для себя и без ущерба природе, оно сможет в очередной раз поднять планку лимита численности популяции и обеспечить бескон фликтный переход биосферы в ноосферу – сферу Разума.

Принцип бесконфликтного перехода биосферы в ноосферу доволь но прост. Необходимо сохранить максимально возможную площадь ес тественных экосистем, а на остальной территории создать два управля емых человеком функциональных блока (анаболизма и катаболизма), чтобы гармонично вписать их в общий цикл метаболизма биосферы.

Блок анаболизма должен с помощью каскада технологических операций обеспечить многократное увеличение производства первичной биологи ческой продукции в аграрных и урбанизированных экосистемах. Блок катаболизма должен с помощью другого каскада технологических опера ций обеспечить утилизацию накопленных запасов отработавшей ресурс первичной, вторичной и третичной (антропогенной) продукции. Эти ис кусственные блоки должны стать дополнением к естественным биосфер ным процессам, компенсирующим автоматически дисбаланс метаболиз ма биосферы, вызванный хозяйственной деятельностью человека.

Для создания искусственного блока анаболизма уже сейчас име ются некоторые наработки в области теории фотосинтеза и механизма его первичных процессов (школа Красновского–Ничипоровича–Шу валова). Есть хорошие результаты генной инженерии по выведению новых сверхпродуктивных сортов деревьев. Ливерморская лаборато рия (США) вывела для целей биоэнергетики новый сорт тополя, кото рый за  года набирает массу 0–летнего дерева. Есть успехи земледе лия закрытого грунта и некоторые другие.

Н.В. Тимофеев-Ресовский еще в 1968 г. написал: «Уже на основе того, что научно уже сейчас понятно и возможно, мы можем повысить продуктивность биосферы в 6–8 раз». (Цит. по: Тюрюканов, Федоров, 1995, с. 57), Он имел в виду увеличение плотности зеленого покрова Земли, отбор и культивирование растений с наибольшим КПД фо тосинтеза, селекцию особо продуктивных культурных растений и до машних животных, расширение ассортимента видов, потребляемых в пищу, переход от монокультуры к полидоминантным посевам.

Надо сконцентрировать весь отечественный и зарубежный опыт в этой области на проблеме управления механизмом фотосинтеза, чтобы повысить его эффективность.

Блок катаболизма придется создавать практически с нуля. Сущес твуют отдельные локальные примеры раздельного сбора и утилизации некоторых компонентов из гигантской массы отходов жизнедеятель ности человека. Этого мало. Нужна мощная индустрия вторичного использования отходов производства и потребления, которая заставит человечество научиться у Природы и организовать безотходное хо зяйство на Земле.

Переход биосферы в ноосферу может осуществиться с помощью Просвещенного Разума, который заставит людей неукоснительно соб людать законы природы, отказаться от милитаризации, пожирающей ресурсы, и сконцентрировать интеллектуальный потенциал на реше нии проблемы выживания человека на космическом корабле с назва нием «Земля». Очередной подъем планки лимита численности попу ляции ускорит растекание Жизни по Земле, ближнему и дальнему Космосу, как предсказал В.И. Вернадский.

Вернадский В.И. Биосфера. Избр. Соч. Т.5. М.: Изд. АН СССР, 1962. 422 с.

Горшков В.Г. Физические и биологические основы устойчивости жизни. М., 1995.

Кирюшин В.И. Экологизация земледелия и технологическая политика. М.: Изд.

МСХА, 2000. 47 с.

Марчук Г.И., Кондратьев К.Я. Приоритеты глобальной экологии. М.: Наука, 1992. 264 с.

Моисеев Н.Н. Человек и ноосфера. М.: Молодая гвардия, 1990. 51 с.

Одум Ю. Основы экологии. М.:Мир, 1975. 740 с.

Тюрюканов А.Н., Федоров В.М. Естественное районирование страны может вывес ти ее на новый уровень // Экология России. 2000. С.54–57.

Тюрюканов А.Н., Федоров В.М. Н.В.Тимофеев-Ресовский: Биосферные раздумья.

М.: РАЕН, 1996. 68 с.

Циолковский К.Э. Исследование мировых пространств реактивными приборами.

Собр. соч. Т.2. М., 1954. С.100–19.

Шварц С.С. Экологические закономерности эволюции. М.: Наука, 1980. 278 с.

МЕХАНИЗМ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ ПОЧВЫ

В ЭКОСИСТЕМЕ

А.С. Керженцев, д.б.н., Р.В. Тращеев, аспирант Институт фундаментальных проблем биологии РАН, г. Пущино Пущинский государственный университет Изменение глобального климата и антропогенной нагрузки на биосферу могут вызвать непредсказуемые изменения почвенного пок рова – основной продовольственной базы человечества. Для объектив ного прогнозирования состояния почвенных ресурсов нужны знания физиологии почв, законов их изменчивости во времени, механизма реагирования почв на воздействия факторов среды в масштабе реаль ного, а не геологического времени.

Почва – уникальный и сложный объект исследований. Она имеет три определения, которые используются одновременно и не мешают друг другу:

а) почва – объект труда и средство производства;

б) почва – естественноисторическое биокосное тело природы;

в) почва – незаменимый компонент экосистемы (биосферы).

Поскольку все три определения относятся к любой почве, каждый исследователь выбирает то определение, которое ему более удобно для работы. Первым обычно пользуются аграрии и чиновники, вторым – профессиональные почвоведы, третьим – экологи. Всем удобно, и все правильно. Тем не менее, каждое определение отражает конкретный этап развития почвоведения, имеет свой набор знаний о почве.

Первое утилитарное определение зародилось вместе с земледелием и до сих пор служит объектом прикладных почвенных исследований.

Второе определение сформулировано в конце XIХ века В.В. Докучаевым – основоположником научного почвоведения. Оно зародилось в недрах геологии на основе отличительных признаков почвы от геологической породы и до сих пор не утратило родство с материнской наукой.

Третье определение возникло в 70-е годы ХХ столетия по иници ативе В.А. Ковды, как призыв к изучению функции почвы в составе экосистемы и роли почвенного покрова в биосфере Земли. Почвоведы приняли новое определение почвы как компонента экосистемы к све дению и продолжили работу с биокосным телом природы. В процессе «имплантации» почвы в структуру и, особенно в функцию экосисте мы, возникли неожиданные осложнения:

а) почва существует в геологическом масштабе времени, а осталь ные компоненты экосистемы (растения, животные, микроорганизмы) в реальном времени;

б) уникальные свойства, характеризующие почву, не имеют про должения в других компонентах экосистемы;

в) не совсем понятно, какую функцию выполняет почва как ком понент в механизме функционирования экосистемы – в цикле ее мета болизма. Г.В. Добровольский и Е.Д. Никитин (1986, 1990) выделили у почвы 17 экологических функций, но их сложно вписать в цикл мета болизма экосистемы.

И.А. Соколов и В.О. Таргульян в 1976 г. впервые в мире показали наличие в почве двух характерных времен: «почва-память» и «почва момент». При этом оказалось, что «почва-память» обладает всеми ат рибутами объекта исследования (определение, параметры, критерии оценки, классификация, диагностика), а «почва-момент» не имеет ничего, даже определения. Авторы не стали развивать дальше свою плодотворную идею. Мы попытались это сделать.

Структура экосистемы Сначала мы использовали термин «биокосное» тело природы:

«био» (почва-момент) и «косное» (почва-память). Но оба объекта ока зались ущербными, неполноценными. Тогда мы решили рассматри вать почву в составе экосистемы с двух разных позиций: а) с позиции структуры (анатомии) и б) с позиции функции (физиологии). В итоге получилось два вполне самостоятельных объекта исследований, обла дающих разными параметрами (рисунок).

Совокупность генетических горизонтов почвенного и ярусов рас тительного покрова в границах почвенного контура составляют трех мерную анизотропную структуру экосистемы с набором морфологи ческих и физико-химических признаков.

С функциональной позиции экосистема – симбиотическое сооб щество автотрофной и гетеротрофной биоты (растительного и поч венного покрова), которое функционирует автономно за счет обмена симбионтов продуктами (отходами) жизнедеятельности. Поэтому почвенный профиль и каждый его горизонт можно представить как биологический реактор, в который поступает отработавшая ресурс и отмершая биомасса, а выходит минеральная масса в форме газов, солей и коллоидов. Часть минеральных элементов усваивается растениями, другая часть гумифицируется и откладывается в запас, третья – поки дает экосистему и переходит в сферу геологического круговорота. Ста бильность структуры растительных ярусов и почвенных горизонтов обусловлена цикличностью метаболизма экосистемы и стационарным режимом функционирования экосистемы.

Метаболизм, как обмен вещества и энергии – универсальный механизм функционирования всех живых систем: клетки, организма, экосистемы, биосферы. Он состоит из трех циклически сменяющих друг друга функций: анаболизм, некроболизм, катаболизм. Анаболизм – превращение минеральных элементов в живую биомассу с расходо ванием части биомассы на свое жизнеобеспечение. Некроболизм – пре вращение живой биомассы в мертвую некромассу с одновременным возрождением новой жизни в форме семян, спор, зародышей. Катабо лизм – превращение некромассы в минеральную массу при одновре менном вторичном синтезе гумуса, как запаса элементов минерального питания для будущих фитоценозов.

Функцию анаболизма осуществляет фитоценоз, а функцию ка таболизма – педоценоз – гетеротрофный биологический комплекс экосистемы вместе с исходными, промежуточными и конечными про дуктами деструкции некромассы. Каждый из них получает в цикле метаболизма полный ассортимент ресурсов жизнеобеспечения с ми нимальными затратами.

Степень замкнутости цикла «синтез-распад» в естественной эко системе достигает 99 % ее общей массы – экомассы. (Г.И. Марчук, К.Я. Кондратьев, В.Г. Горшков). Потери вещества экосистемы в геоло гический круговорот 1 % компенсируются за счет атмосферных выпа дений и выветривания горных пород. Модельные расчеты показали, что время полного обновления органического профиля дерново-под золистых почв составляет 70–80 лет, серых лесных почв 120–150 лет, черноземов 50–500 лет, красноземов 5–10 лет.

Механизм функционирования экосистемы и ее компонентов (фитоценоза и педоценоза) контролируется факторами среды: естест венными и антропогенными. Причем, естественные факторы воздейс твуют непосредственно на функцию, а антропогенные – на структуру экосистемы и ее компонентов: фитоценоза и педоценоза.

Природные экосистемы адаптированы к определенному диапазо ну факторов среды, который соответствует их средним многолетним значениям. В этом относительно стабильном диапазоне экосистема и ее компоненты функционируют в нормальном режиме оптимума. Ко лебания факторов в пределах данного диапазона вызывают количест венные изменения параметров экосистем, которые называются флук туациями. Они не меняют таксономического положения экосистемы и ее компонентов.

Устойчивые, долговременные отклонения факторов среды к гра ницам диапазона или за его пределы, сопровождается качественными изменениями параметров экосистемы и переходом ее в другой таксон классификации. Такие изменения называются метаморфозами. Они обратимы, поэтому после возврата факторов в прежний диапазон, па раметры экосистемы постепенно приобретают исходное состояние.

В результате суточных, годовых и многолетних колебаний фак торов среды экосистемы вынуждены функционировать в трех пере менных режимах: оптимум, пессимум, экстремум. В оптимальном (нормальном) режиме скорость биохимических реакций и физиоло гических процессов средняя, соответствует генетической программе видов, входящих в состав биоты экосистемы. В режиме пессимума функциональные процессы экосистемы и ее компонентов соверша ются замедленно, а в режиме экстремума – ускоренно. Экосистемы адаптируются к постоянным колебаниям факторов среды с помощью изменений видового состава автотрофной и гетеротрофной биоты, уплотнения экологических ниш и повышения степени замкнутости круговорота вещества. В результате многократных адаптивных реак ций в экосистеме со временем происходят преобразования структуры, появляются новые признаки, которые частично вытесняют прежние и создают атрибуты нового таксона классификации. Такие изменения называются эволюционными, они прогрессивны и необратимы.

Флуктуации проявляются в ежегодных изменениях величин при роста и опада биомассы, эмиссии газов, биологической активности, концентрации и состава почвенных растворов, содержания гумуса, рН, ОВП и других динамических параметров экосистем.

Метаморфозы лучше всего наблюдать в периоды сукцессий эко систем, когда стадии, представленные разными типами фитоценозов, последовательно сменяют друг друга. Причинами метаморфозов мо гут быть как природные явления и катастрофы (пожары, подтопления, оползни, землетрясения), так и различные антропогенные воздействия (вырубка леса, распашка, эрозия почв).

Эволюционные изменения можно заметить при историческом анализе почвенного покрова конкретной территории.

Традиционно динамику природных экосистем принято оценивать по изменчивости фитоценоза. Во-первых, потому что динамику педо ценоза учесть гораздо сложнее, а во-вторых, структура педоценоза об ладает большей устойчивостью к внешним воздействиям, чем структу ра фитоценоза. Только в последнее время почвенные сукцессии стали объектом научного анализа (Васенев, 2008). Но и в этом исследовании преобладает механистический подход к изменчивости почвенного про филя (ветровалы, криотурбации, антропогенные воздействия). Про цессы биогеохимических преобразований под влиянием изменений гидротермических условий практически не рассматриваются. Однако почва и растительность связаны единством биологического кругово рота вещества, поэтому изменения одного компонента экосистемы обязательно отражается на состоянии другого и на общем состоянии экосистемы.

Н.В. Тимофеев-Ресовский (1996, с.55) очень кратко выразил пред ставление о биосфере: «энергетический вход в виде солнечной энер гии, большой биосферный круговорот и выход из него в геологию, в осадочные горные породы».

Друг В.И. Вернадского А.Л. Личков еще в 0-е годы ХХ века вы сказал крамольную мысль: «Более правомерно говорить не о почво образующей роли пород, а о породообразующей роли почв». Поэтому почвенный горизонт С следовало бы называть не почвообразующей материнской породой, а почвообразованной дочерней.

С позиций метаболизма экосистемы эта мысль совершенно прав доподобна, поскольку подпочвенные седименты представляют собой отходы метаболизма экосистемы – «шлаки», образованные в процессе минерализации самых устойчивых фракций гумуса почвы. Поэтому в слоях осадочных пород археологи обнаруживают захоронения жилищ, орудий труда, запасов зерна древних жителей. Традиционные утверж дения об аквальном и эоловом генезисе археологических захоронений можно признать корректными только при наличии струйных морфо нов в толще покровных отложений. Этот механизм лежит в основе почвенной теории происхождения лессов Л.С. Берга.

Чем дольше не меняются условия среды и режим функционирова ния экосистемы, тем больше мощность подпочвенных седиментов дан ного состава. Изменение условий среды вызывает изменение режима функционирования экосистемы и метаморфоз ее структуры. Метабо лизм новой экосистемы продуцирует «шлаки» другого состава. Сло истость осадочных пород представляет собой застывший календарь природы, который нам еще предстоит расшифровать.

Почва – функциональный компонент экосистемы, выполняющий функцию катаболизма – утилизации отмершей биомассы в минераль ные элементы, необходимые фитоценозу для выполнения функции анаболизма – синтеза биомассы из минеральных элементов с помо щью солнечной энергии. Фитоценоз и педоценоз образовали в процес се эволюции жизни автономное симбиотическое сообщество, которое осуществляет функцию метаболизма путем обмена симбионтов про дуктами (отходами) жизнедеятельности.

На других планетах, при отсутствии живых систем, почвы обра зоваться не могут. Однако, слоистые образования, похожие на почвен ный профиль, могут хранить реликты былого почвообразования в виде минеральных конкреций, вторичных минералов, кутан. Эти признаки можно использовать в качестве аргументов существования жизни на планете в прошлом.

Минералогический и химический состав горизонта С почвенного профиля является свидетелем современного этапа почвообразования в каждой почвенно-климатической зоне. Слоистый горизонт С – показа тель смены гидротермического режима функционирования экосистем, а мощность слоев определяется продолжительностью периода функ ционирования экосистем в конкретном гидротермическом диапазоне.

Выводы. 1. «Почва-момент» или «педоценоз» – это биологичес кий реактор, перерабатывающий отмершую биомассу в минеральные элементы и гумус, в его составе гетеротрофный биологический комп лекс экосистемы вместе с исходными, промежуточными и конечными продуктами разложения некромассы.

2. Педоценоз в метаболизме экосистемы выполняет функцию катаболизма – диссимиляции сложных органических веществ отра ботавшей ресурс и отмершей биомассы на минеральные элементы, которые использует фитоценоз для выполнения функции анаболизма – ассимиляции простых минеральных веществ в сложные органичес кие вещества биомассы.

. Базовыми параметрами педоценоза как объекта исследования являются: характерная масса органического вещества почвенного про филя (ХМ), характерная структура этой массы в почвенном профиле (ХС), характерное время обновления массы органического вещества всего профиля и его отдельных горизонтов (ХВ).

4. Стабильность во времени и пространстве анизотропной харак терной массы (ХМ) и морфологической структуры педоценоза (ХС) обеспечивается цикличностью стационарного режима метаболизма экосистемы, постоянством характерного времени (ХВ) обновления органического вещества.

5. Колебания гидротермических условий, которые позволяют педоценозу функционировать в режиме оптимума, сопровождают ся флуктуациями параметров профиля в пределах прежнего таксона классификации. Отклонения гидротермических условий за пределы среднего многолетнего диапазона переводят педоценоз в режим пес симума (замедленный) или экстремума (ускоренный). Новый режим функционирования педоценоза формирует новую структуру его ор ганического профиля и вызывает метаморфоз – переход педоценоза в другой таксон классификации. При возврате прежних условий среды структура педоценоза может вернуться в исходное состояние.

Васенев И.И. Почвенные сукцессии. М.: Изд. ЛКИ, 2008. 400 с.

Горшков В.Г. Физические и биологические основы устойчивости жизни. М., 1995.

Добровольский Г.В., Никитин Е.Д. Функции почв в биосфере и экосистемах. М.:

Наука, 1990. 261 с.

Добровольский Г.В., Никитин Е.Д. Экологические функции почвы. М.: МГУ, 1986. 16 с.

Керженцев А.С. Функциональная экология. М.: Наука, 2006. 259 с.

Ковда В.А., Бугровский В.В., Керженцев А.С., Зеленская Н.Н. Модель трансформа ции органического вещества в почве для количественного изучения функции почвы в экосистемах // ДАН СССР. 1990. Т. 12, № . С. 759–762.

Личков Б.Л. Современный литогенез на материковых равнинах // Изв. АН СССР, сер. геогр. и геофиз. 1945. Т. 9, № 5–6. С. 547–564.

Марчук Г.И., Кондратьев К.Я. Приоритеты глобальной экологии. М.,Наука, 1992. 264 с.

Соколов И.А., Таргульян В.О. Взаимодействие почвы и среды: почва-память и поч ва-момент //Изучение и освоение природной среды. М.: ИГАН, 1976. C. 150–164.

ПОНЯТИЯ ПОЧВЕННОГО ПЛОДОРОДИЯ И КАЧЕСТВА

ЗЕМЛИ В СВЕТЕ БИОСФЕРНОЙ ПАРАДИГМЫ

ПРИРОДОПОЛЬЗОВАНИЯ

Кафедра почвоведения РГАУ-МСХА имени К.А. Тимирязева Принятие мировым сообществом декларации устойчивого разви тия общества (Рио-де-Жанейро, 1992) означало смену антропоцентри ческой парадигмы природопользования биосферной. Новая идеология требует пересмотра многих представлений, сложившихся с чисто пот ребительских позиций, в том числе таких категорий как земля, почва, плодородие почв, деградация почв и ландшафтов и др.

С позиций биосферной парадигмы земля должна рассматриваться как природно-территориальный комплекс, выполняющий экологичес кие, ресурсные, рекреационные и другие функции, а почва как базо вый компонент биосферы. В развитие классических представлений понятие почва может быть сформулирована следующим образом: поч ва – естественноисторическое тело, возникшее на поверхности Земли в результате изменения горных пород под влиянием климата, биоты, деятельности человека, характеризующееся экологическими и произво дительными функциями в определенных биогеоценозах и агроценозах.

С позиций новой парадигмы природопользования существенно корректируются понятия деградации ландшафтов и почв, которые традиционно рассматривались как ухудшение их свойств и произво дительных функций. В новой интерпретации на первый план оценки выходит степень сохранения экологических функций. Таким обра зом, под деградацией агроландшафта следует понимать его негатив ные изменения, выражающиеся в снижении или утрате способности выполнять функции воспроизводства ресурсов и среды и социально экономические функции. Деградация почв – устойчивое ухудшение их свойств и связанное с ним сокращение или утрата экологических и про изводительных функций.

Особого переосмысления требует понятие почвенного плодоро дия. Плодородие почвы сложилось как потребительская категория со всевозможными пожеланиями его увеличения, расширения, которые на практике не часто реализуются. С позиций новой парадигмы произ водственные и социальные функции не должны находиться в противо речии с экологическими функциями почв. Более того, экологический императив требует сохранения экологических функций почв и нало жения ограничений на те виды деятельности, которые наносят ущерб этим функциям. К таковым относятся биоэкологические, биоэнерге тические, биогеохимические, гидрологические и гидрогеологические, газоатмосферные и биогеоценотические функции.

Плодородие почвы охватывает агрономически и экологически значимые характеристики почвы, процессы и режимы. С развитием биосферной идеологии природопользования это понятие приобрета ет более широкий смысл по сравнению с традиционным определени ем В.Р. Вильямса (1940): «способность почвы в той или иной степени удовлетворять растения в потребности их в земных факторах носит название плодородия почвы и представляет ее качественное отличие как природного тела от других природных тел…».

В учебнике «Почвоведение» под редакцией И.С. Кауричева (1989) это определение представлено в более развернутом виде: «под плодо родием следует понимать способность почв удовлетворять потреб ности растений в элементах питания, воде, обеспечивать их корневые системы достаточным количеством воздуха, тепла и благоприятной физико-химической средой для нормального роста и развития. Пло дородие – существенное качественное свойство почвы, отличающее ее от горной породы».

Данное понятие требует уточнения в агрономическом отношении и развития в экологическом аспекте. Трактовка плодородия как специ фического свойства почвы в отношении обеспечения урожая растений не достаточна. Урожай культурных растений невозможно получить на многих почвах – солончаках, такырах и других. В то же время он может быть получен на обнаженных почвообразующих породах и различных субстратах. Вопрос заключается в эколого-экономической устойчивос ти плодородия и в воспроизводстве его условий. На одних почвах мож но получать относительно устойчивые урожаи в течение многих лет, другие довольно быстро сокращают или теряют эту способность из-за дегумификации, сработки торфа, эрозии, засоления, заболачивания и т.д. На некоторых сильно смытых почвах при достаточном увлажне нии и применении минеральных удобрений и пестицидов можно по лучить достаточно высокие урожаи сельскохозяйственных культур, что, однако, может завершиться ухудшением качества окружающей среды и продукции, поскольку деградированная почва с ослабленной буферностью и биогенностью не сможет противостоять повышенной антропогенной нагрузке. Очевидно, недостаточно оценивать плодоро дие почвы с узких позиций достижения урожайности растений безот носительно к условиям, характеру и последствиям ее использования.

Несомненно, традиционная трактовка плодородия почвы лишь с позиций оценки производительных функций должна быть приведена в соответствие с требованиями экологического императива, то есть плодородие почвы должно рассматриваться не только как способность производить урожай растений, но обеспечивать воспроизводство са мой почвы как среды жизнеобеспечения. Плодородие почвы определя ется производительной, экологической и социально-экономической функциями.

Производительная функция – это способность почвы обеспечи вать растения непосредственными факторами жизни, то есть элемента ми питания и водой. Экологические функции связаны с поддержанием определенных условий среды, от которых зависит рост и развитие рас тений, урожайность и качество продукции.

Возможности интенсификации производительных функций опре деляются: экологической емкостью почв, способностью их поддержи вать оптимальные фитосанитарные условия, противостоять накопле нию токсинов, удерживать их в неактивном состоянии, обеспечивать их разложение;

буферной способностью по отношению к минеральным удобрениям и мелиорантам и предотвращению их потерь, способнос тью противостоять физическим нагрузкам, воздействию орошения и т.д. Этот список должен быть продолжен общебиосферными функция ми почв (Добровольский, Никитин, 1990).

Влияние экологических функций на производительную функцию почв может быть количественным или качественным или тем и другим.

Например, загрязнение почв тяжелыми металлами и радионуклидами до определенного предела может не оказывать влияния на урожай ность, но негативно влиять на качество продукции, ее зараженность, а при высоких уровнях загрязнения и на урожайность, и на загрязнен ность. На загрязненных радионуклидами почвах можно произвести определенные виды безопасной сельскохозяйственной продукции, однако само производство представляет опасность для товаропроизво дителей. В этом смысле можно говорить о социально-экологическом аспекте плодородия почвы, связанном с условиями производства и жизни товаропроизводителей.

Имеет место также социально-экономический аспект почвенного плодородия, связанный с экономическими и энергетическими затрата ми на производство продукции, которые различаются в зависимости от почвенных и других условий агроландшафта.

Таким образом, плодородие почвы – весьма емкая категория, оп ределяющая качество почвы, различные ее функции и соответственно предпосылки обеспечивать экологически устойчивую продуктивность биогеоценозов и агроценозов.

Экологическая мера плодородия почв – среднегодовая первичная продукция всей биомассы биогеоценоза. В потребительском (хозяйс твенном) отношении эта мера – урожайность растений. Она допол няется качественными показателями продукции, энергетическими и экономическими затратами на ее получение и, особенно, условиями обеспечения экологической безопасности продукции, окружающей среды и экологической устойчивости почв и агроландшафтов.

Важное значение имеет запас биомассы, остающейся в почве пос ле изъятия урожая и ее структура. Осознание этой проблемы в земле делии проявляется в виде активизации работ по мульчированию по верхности почвы растительными остатками, использованию соломы, сидерации, расширению посевов многолетних трав и др. Абстрактные построения гумусового баланса почв уступают место установлению уровня содержания лабильного органического вещества, которое должно поддерживаться во избежание явлений выпаханности почв.

Все очевиднее становится необходимость разработки оптимальных биотических параметров почв по составу и количеству микролоры, ме зофауны и др. С оптимизацией этих параметров связываются надежды на биологическое саморыхление почвы при минимизации почвообра ботки, которая получает активное развитие в земледелии, По большому же счету «оживление» почв, находящихся в активном сельскохозяйственном обороте, является пока еще не вполне осознанным условием предотвращения их деградации. Деятельность живых организ мов обусловливает воспроизводство почвы и ее плодородия.

С учетом изложенного, плодородие почвы представляется как со вокупный эффект почвенных условий, обусловливающих урожайность растений, качество продукции, ее себестоимость и поддержание эколо гических функций почвы в определенных агроландшафтах.

Различаются категории природного и природно-экономического плодородия. Первое обусловлено природными факторами почвообра зования и почвенными процессами, второе является следствием естес твенно-антропогенного процесса почвообразования – окультуривания или деградации. Той и другой категориям присущи потенциальная и эффективная форма плодородия.

Потенциальное плодородие характеризуется богатством почв и определенным набором их агрономических свойств, от которых зави сит формирование почвенных режимов: содержание и запасы гумуса, количество лабильного органического вещества;

запасы питательных веществ;

гранулометрический и минералогический состав;

состав ППК;

засоленность;

солонцеватость;

сложение почвы и структурное состояние;

заболоченность;

биологическая активность.

Эффективное плодородие характеризуется почвенными режима ми и свойствами почв, непосредственно влияющими на рост, развитие растений, формирование урожая и его качество: режим элементов пи тания;

водный режим (содержание и динамика доступной влаги);

воз душный режим (содержание О2, СО2 в почвенном воздухе);

тепловой режим (температура почвы, ее динамика);

реакция почвенного раство ра;

содержание фитотоксических соединений;

содержание стимулято ров роста и других физиологически активных веществ.

Состояние почв по всем этим параметрам в значительной мере оп ределяется характером их использования, в особенности системами зем леделия и агротехнологиями. Оптимизация параметров эффективного плодородия почвы в связи с агротехнологиями различного уровня ин тенсификации осуществляется на основе изучения системного взаимо действия элементов плодородия и элементов систем земледелия в мно гофакторных полевых экспериментах. На их основе разрабатываются математические модели земледелия, интенсивных и высоких агротехно логий и соответственно субмодели эффективного плодородия почв.

Различные элементы плодородия по-разному оцениваются в за висимости от уровня интенсификации земледелия. Например, при экстенсивном земледелии содержание гумуса в почве рассматривает ся как главный источник питания растений, а в интенсивных агротех нологиях как важное экологическое условие, определяющее возмож ность той или иной агрохимической нагрузки.

Оценка плодородия почвы должна сопровождаться характерис тиками ее устойчивости к деградации и экологическими нормативами текущей антропогенной нагрузки. Например, эксплуатация высокого эффективного плодородия осушенной торфяной болотной почвы без относительно к этим категориям может привести к ее деградации и в конечном итоге утрате потенциального плодородия вместе с почвой, если не учитывать темпы сработки торфа в различных условиях, ори ентируясь лишь на достижение высокой производительности почвы.

Экологический аспект оценки эффективного плодородия включает также способность почвы к самоочищению.

Оценка плодородия имеет также энергетический и экономический аспекты с точки зрения затрат энергии и производственных ресурсов в зависимости от почвенных условий. В частности, энергетические и экономические затраты на механическую обработку почв зависят от их структурного состояния, определяемого в свою очередь содержанием органического вещества, особенно лабильного.

Почвенные условия наряду с другими агроэкологическими (аг роклиматическими, геоморфологическими, литологическими, гидро геологическими) и производственными условиями, влияющими на удовлетворение потребности растений в факторах жизни (свет, тепло, влага, воздух, элементы питания), а также экологические функции и устойчивость агроландшафта, определяют качество земли (рисунок).

Итоговым критерием оценки качества земель является их про изводительность, которая должна характеризоваться выходом про дукции с единицы площади при различных уровнях интенсификации земледелия, технологическим и экологическим качеством продукции, удельными энергозатратами, экономическими показателями при обес печении экологической устойчивости агроландшафтов.

Достижение гармонии между производительными и экологичес кими функциями почв и ландшафтов определяет сущность экологиза ции землепользования. Инструментом решения этой задачи в мировой практике становится ландшафтное планирование, под которым пони мают разработку планов использования ландшафтов для удовлетворе ния общественных потребностей при условии сохранения или улучше ния средовоспроизводящих и ресурсовоспроизводящих способностей ландшафта с целью устойчивого жизнеобеспечения.

С 1992 г. в России развиваются ландшафтно-экологические под ходы к земледелию и землеустройству, положено начало проектиро ванию адаптивно-ландшафтных систем земледелия (Кирюшин, 1996).

Методология их формирования включает следующие задачи: сохране Условия, определяющие качество земли и ее производительность ние и восстановление биоразнообразия;

размещение сельскохозяйс твенных культур в соответствии с агроэкологическими условиями, оптимизация соотношения природных и различных сельскохозяйс твенных угодий, гармонизация животноводства и земледелия;

созда ние оптимальной инфраструктуры агроландшафтов с учетом энерго массопереноса;

повышение экологической устойчивости агроценозов;

оптимизация биологического круговорота веществ в агроландшафтах, в особенности в системе ферма – поле – луг;

повышение роли биологи ческого азота за счет увеличения доли бобовых культур и стимулиро вания процессов азотфиксации;

регулирование поверхностного стока, гидрогеологического и гидрологического режимов в пределах устой чивости агроландшафтов и сопредельных природных ландшафтов;

поддержание поверхности почвы под покровом растений и раститель ных остатков, мульчирование;

сокращение механических воздействий на почву, создание условий для биологического саморыхления;

опти мизация структуры и функционирования агроценозов с учетом биоце нотических связей;

регулирование численности вредных организмов и полезных энтомофагов с использованием биологических средств и химических препаратов близких по своим свойствам к природным со единениям.

Для проектирования адаптивно-ландшафтных систем земледелия (АЛСЗ) разработаны система агроэкологической оценки земель, их агроэкологическая оценка, типология и ландшафтно-экологическая классификация, методика почвенно-ландшафтного картографирова ния (Кирюшин, 2010).

Вильямс В.Р. Почвоведение. Избр. соч. М.: Сельхозгиз, 1940. Т. 1, 289 с. Т.2, 224 с.

Добровольский Г.В., Никитин Е.Д. Функции почв в биосфере и экосистемах. М.:

Наука, 1990. 260 с.

Кирюшин В.И. Экологические основы земледелия. М.: Колос, 1996, 54 с.

Кирюшин В.И. Агрономическое почвоведение. М.: КолосС, 2010. 677 с.

Почвоведение / Под ред. И.С.Кауричева. М.: Агропромиздат, 1989. 719 с.

МОДЕЛИРОВАНИЕ БИОГЕОХИМИЧЕСКИХ ЦИКЛОВ

ЭЛЕМЕНТОВ В ЛЕСНЫХ ЭКОСИСТЕМАХ ПРИ

КАТАСТРОФИЧЕСКИХ ВНЕШНИХ ВОЗДЕЙСТВИЯХ:

ЛЕСНЫХ ПОЖАРАХ, ВЕТРОВАЛАХ, СПЛОШНЫХ

РУБКАХ

Институт физико-химических и биологических проблем почвоведения РАН, Биологический круговорот элементов суши происходит при сильном антропогенном участии: возникают и сменяются системы природопользования, происходит интенсивная вырубка лесов, в ре зультате развития промышленных технологий происходит сильное загрязнение ксенобиотиками и парниковыми газами. Происходят из менения климата.

Анализ последствий таких изменений может быть проведен с помощью математического моделирования, являющегося единствен ным методом, который позволяет проанализировать причины наблю даемых изменений и дать прогноз при различных реальных сценари ях возможных изменений факторов, определяющих продуктивность растительности и биологический круговорот элементов в наземных экосистемах.

Система моделей EFIMOD. В данной работе для оценки дина мику древесной растительности и различных пулов органического вещества почвы при внешних воздействиях использована система моделей EFIMOD (Моделирование…, 2007;

Komarov et al., 200), опи сывающая совместный круговорот углерода и азота в системе “дре востой–почва”. Она состоит из четырех основных блоков: модели роста биомассы отдельного дерева, пространственной индивидуаль но-ориентированной модели древостоев (в том числе смешанных и разновозрастных), модели динамики органического вещества в почве ROMUL (Chertov et al., 2001) и статистического генератора почвен ной погоды SCLISS (Быховец, Комаров, 2002).

Основные допущения системы моделей EFIMOD: 1) древостой моделируется состоящим из отдельных деревьев, растущих на од нородной почве и расположенных в ячейках квадратной решетки, клетки которой достаточно малы (0,50,5 м), чтобы содержать более одного дерева;

по мере роста дерева площадь питания увеличивается за счет присоединения соседних клеток;

2) каждое дерево состоит из пяти компонентов (ствол, ветви, листья/хвоя, толстые корни, тонкие корни) и обладает своей собственной зоной питания, зависящей от возраста;

) каждое дерево взаимодействует с множеством ближай ших деревьев посредством затенения и корневой конкуренции за до ступный азот из почвы;

прирост дерева зависит от ресурса, находяще гося в дефиците (поглощенная радиация или доступный азот).

В модели ROMUL рассматривается динамика четырех обобщен ных пулов органического вещества почвы. Первые два пула относят ся к лесной подстилке: слаборазложившаяся подстилка (горизонт L), среднеразложившаяся подстилка (комплекс гумусовых веществ и не разложившихся растительных остатков (горизонты F и H). Два пула органического вещества рассмотрены в минеральных горизонтах поч вы: пул лабильного гумуса (активного органического вещества) со скоростью разложения 5–10 % в год, участвующий в краткосрочном круговороте углерода и азота и отражающий микробную активность и активность почвенной фауны, включающий в себя биологическую трансформацию мелких корней, разлагающихся со скоростью, зави сящей от содержания азота и зольных элементов в соответствующих фракциях корневого опада;

стабильный гумус – комплекс гумусовых веществ в минеральных горизонтах со скоростью минерализации 1–1,5 % в год. Существование и методы экспериментального опреде ления таких фракций гумуса подробно описаны в работах (Jenkinson, Rayner, 1977;

Чертов, 1981;

Кудеяров, 1999;

Семенов и др., 2006). В модели рассмотрены соответствующие пулы азота, а также определя ются эмиссия СО2 из почвы и пул доступных для питания растений форм азота. В качестве выходных переменных для оценки использу ется суммарный углерод почвы и древесины, запас древесины разных пород деревьев и другие характеристики.

Входные параметры системы моделей EFIMOD для каждого вида и возрастной группы в древостое: 1) средние диаметр и высота, число деревьев на гектар;

2) пулы углерода и азота лесной подстилки и почвы, включая сухостой и валеж;

) среднемесячные температура воздуха и осадки;

гидрологические параметры почвы;

4) интенсивность пожара.

Соответствующие выходные параметры: 1) средние диаметр и вы сота, сумма площадей сечений, запас древесины, число деревьев на гек тар;

2) биомасса, количество углерода и азота в каждом дереве;

) пулы углерода и азота почвы. В качестве начальных данных по древостою использовались: возраст, средняя высота, стандартное отклонение вы соты, средний диаметр, стандартное отклонение диаметра, количество деревьев на гектар. Этими параметрами описываются каждый элемент леса (группа деревьев, принадлежащих к одному виду, одной возраст ной группы, со сходными биометрическими показателями). Входные данные пересчитываются из стандартных лесоустроительных данных.

Верификация модели древостоя была проведена по независи мым данным Приокско-Террасного заповедника (1979 г., 1990 г. и 2001 г.). Были выбраны выделы с доминированием основной породы 0,7 единиц состава и выше.

Верификация модели показала, что модель может быть примене на для изучаемой лесной территории (рис.1).

Проанализируем с помощью модели такие катастрофические внешние воздействия как лесные пожары (низовые и верховые), вет Рис. 1. Сравнение результатов моделирования с данными по лесоустройству: а – средняя высота древостоя (м), б – средний диаметр ствола (см);

1 – сосна, 2 – ель, 3 – береза;

ось абсцисс – возраст древостоя ровалы, сплошные рубки главного пользования и рассмотрим их вли яние на динамику основных пулов органического вещества почвы.

Мы ограничиваемся рассмотрением почвы, так как динамика пулов углерода в лесной растительности при катастрофических воз действиях существенно более многокомпонентна: меняется видовой и возрастной состав, в зависимости от изменившихся условий осве щенности и круговорота элементов почвенного питания усиливается конкуренция, приводя к сложным соотношениям между древесными видами. Почва в этом случае представляет собой более инерционный компонент лесной экосистемы, интегрирующий все изменения, про исходящие в растительности.

Моделируемые участки. Для вычислительных экспериментов проводились для данных по конкретным лесотаксационным выделам Данковского лесничества опытного лесного хозяйства «Русский лес», относящихся к одному из наиболее распространенных типу условий мес тообитания (ТУМ) С. Опытное лесное хозяйство «Русский лес» распо ложено в 100 км к югу от Москвы на территории двух административных районов – Серпуховского и Ступинского (Экосистемы…, 1979).

Результаты моделирования естественного развития древосто ев. Вначале рассмотрим динамику органического вещества почвы при естественном развитии сосновых древостоев в ТУМе В, пред ставляющем сосняк сложный мелкотравный. При моделировании его развития имитируется рост и формирование первоначально од новозрастного одновидового сосняка 1-го бонитета (максимальный запас 600–650 м/га), переходящего затем в результате имитации ес тественного возобновления в многовидовой смешанный лес с сосня ком в верхнем ярусе.

На протяжении всего периода моделирования происходит накоп ление органического вещества в лесной подстилке (рис. 2), заметное его увеличение происходит приблизительно в 100-летнем возрасте, что объясняется выпадением старых деревьев первого поколения (неболь шие пики накопления в течение всего 200-летнего периода связаны с естественным возобновлением новых поколений деревьев). Аналогич ная ситуация происходит и в лабильном пуле органического вещества почвы минеральных горизонтов. На конечном этапе развития лесной экосистемы заметен переход лабильного гумуса в стабильный гумус.

В течение 200-летнего периода моделирования углерод в ста бильном гумусе почвы демонстрирует медленное увеличение. Пер воначальное небольшое падение содержания органического вещес тва как в стабильном гумусе, так и в лесной подстилке и активном пуле органического вещества почвы связано с дефицитом поступ Рис. 2. Динамика органического вещества в почве сосняка сложного мелкотравного (ТУМ B3) при естественном развитии ления свежего опада из молодого древесного яруса. Такая динамика органического вещества почвы (ОрВП) описана ранее Ковингтоном (Covington, 1981) и наиболее заметна на бедных местообитаниях.

Говоря о естественном развитии в смоделированных лесных эко системах, можно сделать вывод, что органическое вещество почвы находится в развитии, при котором стабильный гумус является бу ферным компонентом почвы и не претерпевает заметных изменений, обусловленных динамикой древостоев. Поведение остальных поч венных характеристик связано с возрастными изменениями лесооб разующих пород и сменой породного состава.



Pages:     | 1 |   ...   | 6 | 7 || 9 | 10 |   ...   | 19 |
 




Похожие материалы:

«РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ НАУК _ ВСЕРОССИЙСКИЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ РАСТЕНИЕВОДСТВА имени Н. И. ВАВИЛОВА (ВИР) ТРУДЫ ПО ПРИКЛАДНОЙ БОТАНИКЕ, ГЕНЕТИКЕ И СЕЛЕКЦИИ том 173 Редакционная коллегия Д-р биол. наук, проф. Н. И. Дзюбенко (председатель), д-р биол. наук О. П. Митрофанова (зам. председателя), канд. с.-х. наук Н. П. Лоскутова (секретарь), д-р биол. наук С. М. Алексанян, д-р биол. наук И. Н. Анисимова, д-р биол. наук Н. Б. Брач, д-р с.-х. наук, проф. В. И. Буренин, ...»

«Федеральное государственное бюджетное учреждение Мордовский государственный природный заповедник имени П.Г. Смидовича ТРУДЫ Мордовского государственного природного заповедника имени П. Г. Смидовича Выпуск X Саранск – Пушта 2012 УДК 502.172(470.345) ББК: Е088(2Рос.Мор)л64 Т 782 Редакционная коллегия: с.н.с. О. Н. Артаев, к.б.н. К. Е. Бугаев, н.с. О. Г. Гришуткин, д.б.н. А. Б. Ручин (отв. редактор), н.с. А. А. Хапугин Т 782 Труды Мордовского государственного природного заповедника имени П. Г. ...»

«КУЗБАССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМЕНИ Т.Ф. ГОРБАЧЕВА Администрация Кемеровской области Департамент природных ресурсов и экологии Кемеровской области Российская Экологическая Академия МАТЕРИАЛЫ МЕЖДУНАРОДНОГО ЭКОЛОГИЧЕСКОГО ФОРУМА ПРИРОДНЫЕ РЕСУРСЫ СИБИРИ И ДАЛЬНЕГО ВОСТОКА – ВЗГЛЯД В БУДУЩЕЕ ТОМ II 19 – 21 ноября 2013 года Кемерово УДК 504:574(471.17) ББК Е081 Материалы Международного Экологического Форума Природные ресурсы Сибири и Дальнего Востока – взгляд в будущее ...»

«Министерство сельского хозяйства Российской Федерации Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования Пензенская государственная сельскохозяйственная академия Совет молодых ученых Пензенской ГСХА Научное студенческое общество Пензенской ГСХА ИННОВАЦИОННЫЕ ИДЕИ МОЛОДЫХ ИССЛЕДОВАТЕЛЕЙ ДЛЯ АПК РОССИИ Сборник материалов Всероссийской научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых 14…15 марта 2013 г. ТОМ II Пенза 2013 ...»

«АДМИНИСТРАЦИЯ АЛТАЙСКОГО КРАЯ ДЕПАРТАМЕНТ ПО ОХРАНЕ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ АЛТАЙСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ КРАСНАЯ КНИГА АЛТАЙСКОГО КРАЯ РЕДКИЕ И НАХОДЯЩИЕСЯ ПОД УГРОЗОЙ ИСЧЕЗНОВЕНИЯ ВИДЫ РАСТЕНИЙ Том 1 БАРНАУЛ–2006 1 ББК 28.688 УДК 581.9(571.15) К 78 Красная книга Алтайского края. Редкие и находящиеся под угрозой исчезновения виды растений. – Барнаул: ОАО “ИПП “Алтай”, 2006. – 262 с. В первый том Красной книги внесены 212 видов растений, нуждающихся в первоочередной охране, в том числе 2 вида ...»

«МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ ИЖЕВСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ АГРАРНАЯ НАУКА – ИННОВАЦИОННОМУ РАЗВИТИЮ АПК В СОВРЕМЕННЫХ УСЛОВИЯХ Материалы Всероссийской научно-практической конференции, 12-15 февраля 2013 года Том II Ижевск ФГБОУ ВПО Ижевская ГСХА 2013 УДК 631.145:001.895(06) ББК 4я43 А 25 Аграрная наука – инновационному развитию АПК в А 25 ...»

«Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное агентство по образованию Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Санкт-Петербургская государственная лесотехническая академия имени С.М. Кирова И.В. Григорьев доктор технических наук, доцент А.И. Жукова кандидат технических наук О.И. Григорьева кандидат сельскохозяйственных наук А.В. Иванов инженер СРЕДОЩАДЯЩИЕ ТЕХНОЛОГИИ РАЗРАБОТКИ ЛЕСОСЕК В УСЛОВИЯХ СЕВЕРО-ЗАПАДНОГО РЕГИОНА РОССИЙСКОЙ ...»

«В.И. Титова, М.В. Дабахов, Е.В. Дабахова ОБОСНОВАНИЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ОТХОДОВ В КАЧЕСТВЕ ВТОРИЧНОГО МАТЕРИАЛЬНОГО РЕСУРСА В СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОМ ПРОИЗВОДСТВЕ Н. Новгород, 2009 В.И. Титова М.В. Дабахов Е.В. Дабахова ОБОСНОВАНИЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ОТХОДОВ В КАЧЕСТВЕ ВТОРИЧНОГО МАТЕРИАЛЬНОГО РЕСУРСА В СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОМ ПРОИЗВОДСТВЕ Допущено УМО вузов РФ по агрономическому образованию в качестве учебного пособия для студентов высших учебных заведений, обучающихся по направлениям Агрономия, Агрохимия и ...»

«i Космическое Послание Мишель Дэмаркэ Перевод с английского оригинала под заглавием Thiaoouba Prophecy Впервые опубликованным под заглавием Abduction to the 9-th planet ISBN 9 780646 159966 Верить недостаточно. Надо ЗНАТЬ. i ii Предисловие Я написал эту книгу как ответ на полученные распоряжения, которым я подчинился. Она – рассказ о событиях, которые произошли со мной лично – я утверждаю это. Я полностью отдаю себе отчет в том, что, до некоторой степени, эта необычная история будет воспринята ...»

«МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Алтайский государственный аграрный университет Л.М. Татаринцев ОСНОВЫ РАЦИОНАЛЬНОГО ПРИРОДОПОЛЬЗОВАНИЯ: ОСНОВЫ ЗЕМЛЕУСТРОЙСТВА Учебное пособие Часть II Рекомендовано УМО по образованию в области землеустройства и кадастров в качестве учебного пособия для студентов высших учебных заведений, обучающихся по направлению 120300, 120301 – Землеустройство ...»

«ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования ПЕНЗЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ КООПЕРАЦИЯ И ИНТЕГРАЦИЯ В АПК Учебник ПЕНЗА 2005 ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ 40 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Пензенский государственный университет Кооперация и интеграция в АПК Допущено Учебно-методическим объединением по образованию в области производственного менеджмента в ...»

«СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ И ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ТЕХНИЧЕСКИХ НАУК Сборник статей Международной научно-практической конференции 4 марта 2014 г. Уфа РИЦ БашГУ 2014 1 УДК 00(082) ББК 65.26 С 43 Ответственный редактор: Сукиасян А.А., к.э.н., ст. преп.; СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ И ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ С 43 ТЕХНИЧЕСКИХ НАУК: сборник статей Международной научно-практической конференции. 4 марта 2014 г.: / отв. ред. А.А. Сукиасян. - Уфа: РИЦ БашГУ, 2014. – 100 с. ISBN 978-5-7477-3496-8 Настоящий сборник ...»

«Белгородский государственный технологический университет имени В.Г.Шухова Сибирский государственный аэрокосмический университет имени акад.М.Ф.Решетнева Харьковская государственная академия физической культуры Харьковский национальный педагогический университет имени Г.С.Сковороды Харьковский национальный технический университет сельского хозяйства имени П.Василенко Харьковская государственная академия дизайна и искусств ПРОБЛЕМЫ И ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ СПОРТИВНЫХ ИГР И ЕДИНОБОРСТВ В ВЫСШИХ ...»

«МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования Пермская государственная сельскохозяйственная академия имени академика Д.Н. Прянишникова И.А. Самофалова СОВРЕМЕННЫЕ ПРОБЛЕМЫ КЛАССИФИКАЦИИ ПОЧВ Учебное пособие Пермь 2012 УДК 631.442 ББК Самофалова, И.А. Современные проблемы классификации почв: учебное пособие. / И.А. Самофалова; М-во с.-х. РФ, ФГБОУ ВПО Пермская ГСХА. – Пермь: Изд-во ...»

«1 Соколова Т.А., Трофимов С.Я. Сорбционные свойства почв. Адсорбция. Катионный обмен Москва 2009 2 ББК Рецензенты: доктор биологических наук профессор С.Н.Чуков доктор биологических наук профессор Д.Л.Пинский Рекомендовано Учебно-методической комиссией факультета почвове- дения МГУ им. М.В.Ломоносова в качестве учебного пособия для сту дентов, обучающихся по специальности 020701и направлению 020700 – Почвоведение Соколова Т.А., Трофимов С.Я. Сорбционные свойства почв. Адсорбция. Катионный ...»

«РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ НАУК Институт проблем экологии и эволюции им. А.Н. Северцова Южный федеральный университет Научный совет по изучению, охране и рациональному использованию животного мира opnakel{ on)bemmni gnnknchh МАТЕРИАЛЫ XVI ВСЕРОССИСКОГО СОВЕЩАНИЯ ПО ПОЧВЕННОЙ ЗООЛОГИИ (4–7 октября 2011 г., Ростов-на-Дону) Москва–Ростов-на-Дону 2011 УДК 502:591.524.21 Проблемы почвенной зоологии (Материалы XVI Всероссийского совещания по почвенной зоологии). Под ред. Б.Р. Стригановой. Мос ква: Т-во ...»

«ВВЕДЕНИЕ От пушных зверей получают как основную, так и побочную продукцию. Основной товарной продукцией является шкурка, а побочной — жир, мясо и пух-линька. Шкурки идут на пошив изделий, мясо — в корм птице и свиньям, а также зверям, пред назначенным для забоя, жир — в корм зверям и на техничес кие нужды, а пух-линька— на производство фетра и других изделий. От всех пушных зверей получают еще и навоз, кото рый после соответствующей бактериологической обработки можно с успехом использовать в ...»

«МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА И ПРОДОВОЛЬСТВИЯ РОСТОВСКОЙ ОБЛАСТИ СИСТЕМА ВЕДЕНИЯ ЖИВОТНОВОДСТВА РОСТОВСКОЙ ОБЛАСТИ НА 2014-2020 ГОДЫ Ростов-на-Дону 2013 УДК 636 ББК 45/46 С 55 Система ведения животноводства Ростовской области на 2014-2020 годы разработана учеными ДонГАУ, АЧГАА, ВНИИЭиН, СКНИИМЭСХ и СКЗНИВИ по заказу Министерства сельского хозяйства и продовольствия Ростовской области (государственный контракт №90 от 12.04.2013 г.). Авторский коллектив: Раздел 1. – Илларионова Н.Ф., Кайдалов ...»

«МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА И ПРОДОВОЛЬСТВИЯ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ УЧРЕЖДЕНИЕ ОБРАЗОВАНИЯ ГРОДНЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АГРАРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ КУЛЬТУРА, НАУКА, ОБРАЗОВАНИЕ В СОВРЕМЕННОМ МИРЕ МАТЕРИАЛЫ V МЕЖДУНАРОДНОЙ НАУЧНОЙ КОНФЕРЕНЦИИ Гродно УО ГГАУ 2011 УДК [008+001+37] (476) ББК 71 К 90 Редакционная коллегия: Л.Л. Мельникова, П.К. Банцевич, В.В. Барабаш, И.В. Бусько, В.В. Голубович, С.Г. Павочка, А.Г. Радюк, Н.А. Рыбак Рецензенты: доктор философских наук, профессор Ч.С. Кирвель; кандидат ...»






 
© 2013 www.seluk.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.